Modelo del Orbital Molecular (OM)
Este modelo considera
que los electrones de una molécula ocupan orbitales moleculares, al
igual que en un átomo los electrones ocupan orbitales atómicos.
En el átomo los electrones
estan bajo la influencia del núcleo atómico. La zona del espacio
donde preferentemente viven, y por tanto su energía, depende del tipo
de orbital en el que se encuentran.
De modo análogo los electrones en un molécula se encuentran
en orbitales moleculares con energía y "forma" diferentes.
Los orbitales moleculares (o.m.) se generan por combinación lineal de orbitales atómicos (o.a.) de la misma simetría y de similar energía. Vamos a comenzar por un ejemplo muy sencillo
Diagrama de OM de la molécula de H2.
El átomo de hidrógeno solo dispone de un orbital 1s. El diagrama de OM de la molécula de hidrógeno se obtiene por combinación lineal de los orbitales atómicos 1s.
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Esto genera un
OM s1,
de menor energía (enlazante), y un OM s2* de mayor energía (antienlazante). |
Cuestión
1. ¿Qué hace que la molécula de H2 sea más
estable que los átomos de hidrógeno aislados?
Al aproximarse dos átomos
de hidrógeno los orbitales atómicos se combinan para dar orbitales
moleculares. Los electrones ocupan ahora estos orbitales moleculares, comenzando
por los de más baja energía. Los dos electrones de los átomos
de hidrógeno ocupan el orbital molecular s1,
de menor energía que los orbitales atómicos de partida. Ello
explica que la molécula de H2 sea más estable que
los átomos de hidrógeno aislados.
La energía de enlace para H2 vale: 436 Kj/mol.
Un criterio para deducir la estabilidad de una especie en la teoría de OM es que el Orden de enlace debe ser mayor que cero.
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Orden
de enlace (O.E.)
= |
La
molécula de H2 tiene dos electrones en un o.m. enlazante
y ninguno en un o.m. antienlazante.
Su O.E.=(2-0)/2 =1.
Cuestión 2. ¿Podemos predecir si alguna de las especies siguientes serán estables? H2+, He2, He2+
Enlace en otras moléculas
diatómicas.
Siguiendo el mismo razonamiento
podemos justificar que litio metálico en fase vapor presenta moléculas
Li2. El
diagrama de OM muestra la combinación de los o.a. 1s y 2s de litio
para dar en cada caso dos o.m., uno enlazante y otro antienlazante.
Los seis electrones ocupan
los tres o.m. de más baja energía lo que conduce a un O.E.=1.
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O.E.
= 1
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O.E.
= 0
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Análogamente el diagrama de OM de la hipotética molécula Be2, indica que dicha especie no puede ser estable (O.E. = 0), lo que está de acuerdo con el hecho de no haber sido detectada experimentalmente.
Fortaleza del enlace.
Recordemos que la teoría
de enlace de valencia relaciona la fortaleza del enlace con el grado de solapamiento
de orbitales atómicos. Un factor adicional es la repulsión interlectrónica
de pares electrónico
libres, que en principio no participan directamente.
La teoría de OM relaciona la fortaleza del enlace con la energía
de los o.m. enlazantes. Cuanto más baja sea la energía de los
o.m. enlazantes, respecto de los o.a. de partida, más estable será
el enlace formado.
Moléculas con enlace p.
Los o.a. de tipo p
presentan dos tipos de simetría. Los o.a.
pz dan lugar a enlace s
mientras que los restantes se combinan dando enlaces de tipo p.
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Los enlaces s
son más fuertes que los enlaces
p y
ello se refleja en el desdoblamiento de los o.m. enlazantes y antienlazantes
de tipo s
es mayor para los o.m. de tipo p.
Así los electrones que se situan en el o.m. s1
estabilizan más que aquellos
que ocupan un o.m. p1.
Análogamente, los o.m. antienlazantes
de tipo p,
son de menor energía que los antienlazantes de tipo s.
A la hora de calcular el orden de enlace, no se diferencia entre electrones
en o.m. enlazantes de uno u otro tipo. Por ello moléculas con el mismo
O.E. pueden tener energías de enlace muy diferentes.
Molécula de F2 y O2
Utilizando el diagrama anterior podemos explicar el enlace en las moléculas de F2 y O2
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Superficies de o.m. de F2
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El diagrama de OM para la
molécula de O2, tal como aparece en la parte izquierda
de la tabla, explica la elevada energía de enlace de esta molécula
ya que propone un orden de enlace 2. Explica igualmente el paramagnetismo
de esta especie, ya que los dos últimos electrones se situan
semiocupando los dos o.m. p2* Es de destacar que el modelo de Enlace de valencia no puede explicar estos hechos ya que no es capaz de situar los electrones de valencia de manera que se cumplan las dos propiedades: O.E. igual a 2 y la existencia de dos electrones sin emparejar. |